CN103415630B - 成型并硬化涂覆的钢板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及成型并硬化涂覆的钢板的方法；将坯从用锌或锌合金涂覆的板冲压成型，并且将冲压成型的坯加热至≥AC3的温度并且如果需要保持在这一温度预定的一段时间以便促使奥氏体的形成并且之后将加热的坯被转移至成型模具、在所述成型模具中成型并且在所述成型模具中以高于临界硬化速度的速度冷却并由此硬化；为了避免所述成型模具上的锌沉积，以延迟转化的方式调整所述钢材料以使成型在500℃至800℃，特别地500℃至600℃的范围内，并且特别地低于锌/铁相图的转熔温度的成型温度进行。
Description
技术领域
本发明涉及成型并硬化具有权利要求1的特征的涂覆的钢板的方法。
背景技术
已知特别是在汽车中使用了由钢板组成的所谓的压力硬化元件。由钢板组成的这些压力硬化元件是特别用作车身区域中的安全元件的高强度元件。关于这一点，这些高强度钢元件的使用使得可以相对于正常强度的钢减少材料密度并且实现低车身重量。
在压力硬化中，对于制造这样的元件基本上有两种可能。它们被分为所谓的直接和间接的方法。
在直接的方法中，钢板坯被加热至比所谓的奥氏体化温度更高的温度，并且如果需要的话，保持在这一温度直到达到所期望的奥氏体化程度。之后，这一加热的坯被转移至成型模具并且在这一成型模具中以一步成型工艺成形为成品元件并且在进行这一步时借助于冷却的成型模具以比临界硬化速度更高的速度同时冷却。这样产生了硬化的元件。
在间接的方法中，首先，可能以多步骤成型工艺，将元件成型直到其几乎完全完成。这一所形成的元件之后同样加热至比奥氏体化温度更高的问题并且如果需要保持在这一温度一段所期望的、必需的时间。
之后将加热的元件转移并且插入已经具有元件尺寸或元件的最终尺寸的成型模具中，如果需要考虑到预先成型的元件的热膨胀。在具体的冷却模具结束后，预先成型的元件由此在这一模具中以比临界硬化速度更高的速度冷却并由此被硬化。
关于这一点，直接方法某种程度上更容易实现，但是仅允许实际上可通过一步成型工艺生产的形状，即相对简单的板形。
间接工艺某种程度上更复杂，但是同样能够产生更复杂的形状。
除了压力硬化元件的需要，同样产生了生产这样的不采用未涂层的钢板而是提供具有腐蚀保护层的这些元件的需要。
在汽车领域，腐蚀保护层可由相当少使用的铝或铝合金或明显更频繁使用的锌基涂层组成。关于这一点，锌具有不仅提供类似铝的屏蔽保护层还提供阴极腐蚀保护的优点。此外，锌涂层的压力硬化元件更适于车身的整体腐蚀保护概念，因为在制造技术中，它们通常被整体镀铝。就此而言，减少或消除接触腐蚀是可能的。
但是两种方法可包括已经在现有技术中讨论过的缺点。在直接的方法即具有锌涂层的压力硬化钢的热成型中，发生对成型模具相当多的污染。这明显不仅归因于磨损还归因于成型期间从液体锌相蒸发的锌蒸气的升华。
在间接的工艺即具有随后的硬化和保持成型的冷成型中，涂层中的微裂缝也可出现，其同样是不期望的，但是远不是明显的。
迄今为止—除了在亚洲生产的一个元件—锌涂层的钢尚未用于直接方法即热成型中。采用这一方法时，偏爱使用具有铝/硅涂层的钢。
在出版物“Corrosion resistance of different metallic coatings on press hardenedsteels for automotive”,Arcelor Mittal Maiziere Automotive Product Research CenterF-57283 Maiziere-Les-Mez中给出了综述。这一出版物说明了对于热成型工艺来说，有可以Usibor1500P的商标购买到的铝化的硼钢/锰钢。此外，为了阴极腐蚀保护的目的预先用锌涂层的钢被出售用于热成型方法，即镀锌的Usibor GI，其具有含有小百分比铝的锌涂层，和所谓的镀锌退火的、涂层的Usibor GA，其具有含有10%铁的锌涂层。
EP 1 439 240 B1已经公开将涂层的钢产品热成型的方法；所述钢材料具有钢材料表面上的锌或锌合金涂层并且具有涂层的钢基材料被加热至700℃至1000℃的温度并且被热成型；在具有锌或锌合金涂层的钢基材料被加热之前，涂层具有主要由氧化锌组成的氧化物层以便避免锌在加热期间被蒸发。为这一目的提供了特殊的工艺顺序。
EP 1 642 991 B1已经公开了用于热成型钢的方法，其中由硼钢/锰钢组成的元件被加热至Ac3点或更高的温度，被保持在这一温度并且之后加热的钢板被成型为成品元件；在成型期间或成型之后以MS点的冷却速率至少相当于临界冷却速度的方式将所成型的元件通过冷却淬火并且所成型的元件从MS点至200℃的平均冷却速度在25℃/s至150℃/s的范围内。
发明内容
本发明的目的在于产生用于成型并且硬化涂覆的钢板的方法，获得足够的腐蚀保护并且产生可靠的钢板的硬化，其中模具的污染被减少至因为磨损而不可避免的量。
采用权利要求1的特征达到这一目的。
在从属权利要求中公开了有利的修改。
发明人已经意识到热成型模具上超过了不可避免的磨损的量的Zn沉积显著损害直接工艺中的再现性。发明人发现的原因大概在于热成型工艺中液体Zn相的升华
根据本发明所基于的发现，在成型阶段必须使尽可能少熔化的锌与奥氏体接触，即引入应力。因此，根据本发明，必须在低于铁/锌系统的转熔温度（熔化的，铁素体，T相）进行所述成型。为了在这一情况下仍旧可以确保淬火硬化，调整作为镁/硼钢（22MnB5）的传统组分的一部分的钢合金的组成以使得通过延迟将奥氏体转化为马氏体的方式进行淬火硬化，并且因此奥氏体甚至在780℃或更低的以下较低的温度存在以使得发生钢成型时，不存在锌可从其蒸发并凝结在模具上的液体锌相。
所期望的成型温度在500℃和780℃之间，优选地500℃和700℃之间，以及特别优选地500℃和600℃之间。
附图说明
下文将结合附图来说明本发明。
图1：是测试设置的非常纲要性的描述；
图2：是熔炉和成型程序之间的冷却中的时间/温度曲线的示例性的和非常纲要性的描述；
图3：显示描述没有中间冷却而进行的三个连续的成型测试中的模具的图片；
图4：显示描述根据本发明在成型前有中间冷却而进行的三个连续的成型测试中的模具的图片；
图5：显示描述在没有或有根据本发明的中间冷却的测试之后的模具和处于干净的初始状态的模具的图片；
图6：显示锌/铁相图。
具体实施方式
根据本发明，就奥氏体向其他相的转化调整用作压力硬化钢材料的传统的硼/锰钢，以使得转化移至较低的区域。
因此，使用具有下列通用合金组成（所有数据以质量%计）的钢是适于本发明的：
C Si Mn P S Al Cr Ti B N
[%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%]
0.22 0.19 1.22 0.0066 0.001 0.053 0.26 0.031 0.0025 0.0042其余由铁和不可避免的冶金相关的杂质组成。
这一类型的钢，尤其是合金元素硼、锰、碳和任选地铬，并且钼被用作转化抑制剂。
因此，使用具有下列通用合金组成（所有数据以质量%计）的钢是适于本发明的：
其余由铁和不可避免的冶金相关的杂质组成。
具有下列组成的钢已经被证明是特别适用的（所有数据以质量%计）：
其余由铁和不可避免的冶金相关的杂质组成。
调整作为转化抑制剂起作用的合金元素以可靠地实现淬火硬化，即以甚至在780℃以下以高于临界硬化速度的冷却速度迅速冷却。这意味着在这样的情况下是在锌/铁系统的转熔点之下进行工作的，即仅在转熔点以下施加机械应力。这同样意味着在施加机械应力时，可与奥氏体接触的液体锌相不再存在。
图1显示测试设置。模具是V样本模具。所用的钢板是1.5mm厚的由上文描述的合金合金组成的钢板，其被Z140层涂覆。加热和将板奥氏体化的熔炉温度是约910℃。设置板的熔炉保温时间以使板达到870℃并且之后保持在这一温度45秒。为了所述测试，之后将板在4秒内尽可能快地放置在成型模具中并且在其中成型，或者将板在被加热后从所述熔炉移出，输送至中间冷却站并且在冷却之后，尽可能快地转移至成型模具并且在其中成型并且淬火硬化。在这种情况下进行中间冷却以使得实现500℃和780℃之间，优选地500℃和700℃之间，以及甚至更优选地500℃和600℃之间的成型温度。
图2显示在没有中间冷却的成型工艺中对模具清晰可见的污染。仅三个成型步骤之后，污染扩展以致不可能再排除对钢元件的表面质量的负面影响。就这一点来说，附着于模具的锌残留物可因焊接扯下随后的元件的锌层，七对腐蚀保护具有负面影响。相反，附着于模具的锌残留物可以相同的方式转移至钢元件并且那时可负面影响元件的表面质量和涂覆性能。
图3和4，相反地，显示模具必须保持不受影响，除了完全不显著的并且无害的小量锌磨损。
对于本发明，可靠地获得用于用锌或锌合金涂覆的钢板的便宜的热成型方法因此是可能的，其一方面导致淬火硬化而另一方面减少或消除模具上的锌沉积。
Claims (3)
1.一种成型并硬化涂覆的钢板的方法；将坯从用锌或锌合金涂覆的板冲压成型，并且将冲压成型的坯加热至≥AC3的温度并且如果需要保持在这一温度预定的一段时间以便促使奥氏体的形成并且之后将加热的坯被转移至成型模具、在所述成型模具中成型并且在所述成型模具中以高于临界硬化速度的速度冷却并由此硬化，
其特征在于，
为了避免所述成型模具上的锌沉积，以延迟转化的方式调整所述钢材料以使成型在500℃至低于锌/铁相图的转熔温度的成型温度的范围内进行，
以及将所述坯在熔炉中加热至>Ac3的温度并保持在这一温度一段预定时间，使得所述坯冷却至730℃至782℃之间的温度并且保持在这一温度以便获得所述锌层的凝固，并且预定的保温时间之后被转移至所述成型模具并且以500℃至低于锌/铁相图的转熔温度的成型温度在其中成型，
并且使用具有下列组成的钢材料(所有数据以质量％计)：
其余由铁和不可避免的冶金相关的杂质组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢材料含有元素硼、锰和碳以及任选地作为转化抑制剂的铬和钼。
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，使用具有下列组成的钢材料(所有数据以质量％计)：
其余由铁和不可避免的冶金相关的杂质组成。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |